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出版者:Macmillan

作者:J.P. Elliott

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1979-08

价格:0

装帧:Hardcover

isbn号码:9780333118207

丛书系列:

图书标签:

• 物理学
• 对称性
• 理论物理
• 数学物理
• 量子力学
• 粒子物理
• 凝聚态物理
• 场论
• 群论
• 拓扑学

对称性的视觉奏鸣曲：物理学的隐秘语言 本书并非一本枯燥的教科书，而是一次穿越物理学宇宙的感官之旅，旨在揭示隐藏在物质世界和宇宙运行规律之下，那无处不在、至关重要的“对称性”之美。我们将一同探索，那些看似互不相关的物理现象，如何因其内在的对称结构而彼此连接，又如何通过对对称性的深刻理解，开启我们对宇宙奥秘的崭新认知。 想象一下，您站在一面巨大的镜子前，镜中的您无论向左还是向右，都与真实世界的您完全一致。这种“镜像对称”是我们最直观的理解。然而，在物理学的宏大画卷中，对称性的概念早已远远超越了简单的视觉镜像。它是一种更深层的、关于变换下不变性的哲学与数学原则，渗透在从基本粒子到宇宙演化的每一个角落。 我们将从最基本的几何对称性入手，例如旋转、平移和反射。您会发现，即便是最简单的几何形状，也蕴含着丰富的对称性语言。例如，一个正方形，无论你如何旋转它（90度、180度、270度）或者沿着对角线或中线进行翻转，它最终都会呈现出与原始形状完全相同的样子。这种在特定变换下保持不变的性质，正是对称性的核心。 接着，我们将潜入微观世界，在那里，对称性扮演着更为关键的角色。在粒子物理学中，基本粒子的性质，比如电荷、自旋以及它们之间的相互作用，都与特定的对称性紧密相连。例如，我们所熟知的电磁力，其背后就隐藏着一种深刻的“规范对称性”。这意味着，即使我们对粒子场的相位进行一种特定的“旋转”，物理定律本身也不会因此改变。这种看似抽象的对称性，不仅解释了电磁力的存在，还预言了光子的量子化性质。 更令人着迷的是，许多基本粒子被赋予的“内部对称性”，直接决定了它们之间的基本力。例如，“夸克模型”中的SU(3)对称性，解释了强核力如何将夸克束缚在一起，形成质子和中子。而“电弱统一理论”中的SU(2)×U(1)对称性，则揭示了电磁力和弱核力在极高能量下实际上是同一种力的不同表现。这些复杂的数学群论结构，构成了我们理解宇宙基本构架的基石。 本书还将探讨“守恒定律”与对称性之间的深刻联系。这可以说是物理学中最令人惊叹的发现之一，即“诺特定理”（Noether's Theorem）。这个定理优雅地揭示了，每一种连续对称性都对应着一个守恒量。例如，物理定律在时间上是不变的，这是一种“时间平移对称性”，它直接导致了“能量守恒”。同样，物理定律在空间中也是不变的，这种“空间平移对称性”则对应着“动量守恒”。而“旋转对称性”则关联着“角动量守恒”。这些守恒定律，如同宇宙运行的永恒法则，其根源皆在于对称性。 我们也将目光投向宇宙学，审视对称性如何在宇宙的演化中扮演核心角色。从宇宙大爆炸初期的极端高温高压，到如今星系的宏伟结构，对称性的破缺（Symmetry Breaking）扮演着至关重要的作用。想象一个高度对称的完美球体，当它处于一个不稳定的平衡点时，即使是微小的扰动，也可能导致它滚落，从而打破原有的完美对称性。在宇宙早期，一些基本相互作用的对称性在温度下降的过程中发生破缺，这可能是宇宙物质和反物质不对称、以及我们今天所观测到的各种粒子和力的起源。 本书还将触及一些更前沿的对称性概念，例如“时间反演对称性”、“宇称守恒”以及它们在弱相互作用中的破缺。您将了解到，虽然在宏观世界中，时间似乎总是单向流逝，而左右行为似乎总是无差别的，但在微观层面，这些对称性并非总是完全成立，正是这些精妙的破缺，才塑造了宇宙的独特面貌。 我们将以一种引人入胜、易于理解的方式，通过丰富的类比、直观的图示以及适度的数学推理，来解读这些复杂的概念。您无需深厚的物理学背景，只需怀揣一颗对宇宙好奇的心，便能跟随我们一同领略对称性的宏伟与精妙。 本书的目的，并非是要您成为一名物理学家，而是希望您能够通过理解对称性，重新审视您周围的世界。当您看到一片落叶在空中优美的盘旋，或是仰望夜空中星系的壮丽图案时，您将能体会到其中蕴含的深刻对称之美。对称性，不仅仅是物理学的语言，更是宇宙最根本的秩序与和谐的体现。它如同隐藏在万物之中的一曲无声的奏鸣曲，等待着您去聆听，去感受，去发现。让我们一同开启这场关于对称性的视觉与智慧的探索之旅吧。

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这本书的深度和广度令人敬畏，它显然不是一本为初学者准备的“入门指南”，而更像是一部面向研究生或资深研究者的参考手册。它对高等对称性理论的覆盖范围非常全面，从经典的李群到更前沿的超对称理论都有所涉猎。我特别关注了其中关于规范场论中对称性破缺的章节，作者在那部分深入探讨了希格斯机制的数学基础，引用了多个不同学派的观点进行对比分析，这种多角度的审视，使得对这一复杂现象的理解不再是单一的教条式灌输。书中引用的参考文献也非常权威且与时俱进，很多都是近些年来的重要研究成果，这表明作者对该领域的最新发展保持着高度的敏感性。阅读这本书，我感觉自己像是站在了一位站在物理学前沿的导师的肩膀上，能够清晰地看到理论物理在结构上是如何层层递进，最终构建起我们对宇宙基本规律的认知的。

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初翻开这本书，我最大的感受是其排版和图示的精良，这在专业物理书籍中是极其难得的。许多抽象的物理概念，比如晶体学中的布拉维点阵，或者粒子物理中同位旋的变换，仅仅依靠文字描述是难以想象的。然而，这本书中的插图不仅数量多，而且质量极高，色彩运用得当，将复杂的空间关系和变换过程清晰地呈现在读者面前。更值得称赞的是，作者在配图下方总会附带一小段“物理学家手记”之类的短评，这种设计打破了正文的严肃感，提供了一种更人性化的视角来解读这些理论。例如，在讨论洛伦兹群时，作者没有直接给出庞大的矩阵，而是通过一张非常生动的时空图景，展示了不同惯性系观察下的时间膨胀和长度收缩，这种图像化的教学方法极大地降低了理解门槛。总而言之，这是一本在视觉传达上做得极其出色的教材，它证明了即使是最抽象的物理主题，也可以通过优秀的设计变得易于接受和欣赏。

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我必须提及这本书在习题设计上的独到之处。很多物理习题集的设置往往是重复性高，旨在考察代数运算的熟练度。然而，本书的习题设置明显侧重于培养读者的“物理洞察力”。它很少要求你进行繁琐的矩阵乘法，而是更多地要求你根据给定的对称群结构，推导出物理系统的可能行为或限制。例如，有一个习题要求读者仅凭体系的四重旋转对称性，来推断某种晶体中允许存在的弹性应力张量的分量形式，这完全考验的是对对称性破缺原则的理解深度。完成这些习题的过程，与其说是做作业，不如说是在进行一场智力上的深度对话。它迫使你将抽象的群论语言转化为具体的物理图像，这种能力的培养对于任何希望从事理论研究的人来说，都是至关重要的资产。这套习题集本身就是一本小型的高阶训练手册。

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这本书最让人感到惊喜的是其对历史脉络的梳理，它不像其他某些书籍那样，将对称性视为一个凭空出现的纯粹数学工具。相反，作者花了相当大的篇幅来追溯对称性概念是如何在物理学的具体问题中萌芽并发展壮大的。从牛顿力学中的空间和平移不变性，到麦克斯韦电磁学中的规范对称性，再到量子力学中的角动量守恒，每一个重要的物理突破，都被作者巧妙地关联到对称性思想的深化上。这种叙事方式极大地增强了阅读的趣味性，它让读者明白，这些数学工具并非是强加于物理之上的，而是物理现象本身内在属性的外化表现。通过这种历史性的视角，读者能够更好地体会到物理学家在探索未知时所经历的心路历程，理解对称性在物理学发展史中的核心驱动力作用。这种人文关怀与科学精神的结合，使得这本书的价值远超一本单纯的教科书。

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这本《Symmetry in Physics》简直是物理学领域的一股清流，它的叙事风格别具一格，不像传统教材那样枯燥乏味，更像是一位博学的智者在与你娓娓道来那些深奥的物理原理。作者在行文过程中，非常巧妙地将数学的严谨性与物理直觉的直观性完美地融合在一起。我尤其欣赏它在处理群论概念时的处理方式，没有急于抛出复杂的代数结构，而是先通过大量的几何实例和对称操作的直观感受来铺垫，让你在不知不觉中就领会了对称性的核心思想。书中对诺特定理的阐述，更是达到了教科书级别的典范，它不仅仅是给出公式，而是深入挖掘了对称性与守恒量之间那种深刻、近乎哲学的关联，读来令人拍案叫绝。全书的逻辑链条非常紧密，每一个章节的过渡都自然流畅，仿佛是自然界本身运行的规律被清晰地描绘出来。对于那些希望真正理解物理学背后美感而非仅仅停留在解题技巧上的读者来说，这本书绝对是不可多得的珍品。它激发了我对基础物理更深层次的探究欲望，让我重新审视了那些看似寻常的物理定律背后所蕴含的精妙结构。

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